JP2010263044A - 横型接合型電界効果トランジスタ - Google Patents

横型接合型電界効果トランジスタ Download PDF

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Abstract

【課題】漏れ電流の発生を防止すると共に、十分な耐圧を実現することが可能な横型接合型電界効果トランジスタを提供する。
【解決手段】この発明に従った横型ＪＦＥＴ１０では、バッファ層１１は、ＳｉＣ基板１の主表面上に位置し、ｐ型不純物を含む。チャネル層１２は、バッファ層１１上に位置し、バッファ層１１におけるｐ型不純物の濃度より高い濃度のｎ型不純物を含む。ｎ型のソース領域１５およびドレイン領域１６は、チャネル層１２の表面層において互いに間隔を隔てて形成され、ｐ型のゲート領域１７は、チャネル層１２の表面層においてソース領域１５およびドレイン領域１６の間に位置する。バリア領域１３は、チャネル層１２とバッファ層１１との境界領域において、ゲート領域１７の下に位置する領域に配置され、バッファ層１１におけるｐ型不純物の濃度より高い濃度のｐ型不純物を含む。
【選択図】図１

Description

この発明は、横型接合型電界効果トランジスタに関し、より特定的には、漏れ電流の発生を防止すると共に高い耐圧を得ることが可能な横型接合型電界効果トランジスタに関する。
従来、半導体素子の１つとして横型接合型電界効果トランジスタ（横型ＪＦＥＴ：Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が知られている。横型ＪＦＥＴとは、キャリアが通過するチャネル領域の近傍に設けられたｐｎ接合に、ゲート電極から逆バイアス電圧を印加することにより、ｐｎ接合からの空乏層をチャネル領域へ広げ、チャネル領域のコンダクタンスを制御してスイッチング等の動作を行なう接合型電界効果トランジスタのうち、チャネル領域においてキャリアが素子表面に平行に移動するものをいう。たとえば、特開２００４−２２１１６８号公報（以下、特許文献１と呼ぶ）では、半導体基板と、当該半導体基板上に形成された第１導電型のバッファ層と、バッファ層上に形成された第２導電型のチャネル層と、チャネル層の表面層に形成された第２導電型のソース領域、ドレイン領域および第１導電型のゲート領域とを備え、バッファ層のチャネル層側表面に、バッファ層より第１導電型の不純物濃度の高いバリア領域が形成された横型ＪＦＥＴが開示されている。このような横型ＪＦＥＴでは、ドレイン領域とバリア領域との間に接合部（ｐｎ接合）が形成される。そして、当該接合部に高い逆バイアス電圧が印加されたときには、バリア領域側への空乏層の張り出し長さ（空乏層幅）は、バッファ層とドレイン領域とが直接接合部を形成した場合のバッファ層側への空乏層の張り出し長さ（空乏層幅）より小さくなる。このため、上述した横型ＪＦＥＴでは、空乏層がチャネル領域の下側の部分のバッファ層を横切り、ソース領域からキャリアを引き寄せることができるほどソース領域近くにまで当該空乏層が延びることが防止される。つまり、バリア領域でのチャネル領域に沿った空乏層の延びが抑制されるので、ソース領域からバッファ層にキャリアが注入され、ドレインへの漏れ電流を防止できるとしている。
特開２００４−２２１１６８号公報
しかし、上述した従来の横型ＪＦＥＴでは、ドレイン領域の下方にバリア領域が形成されていることから、ドレイン領域からの空乏層の延びが当該バリア領域で制限されることになり、当該バリア領域が存在しない場合に比べて耐圧が低下するという問題があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、漏れ電流の発生を防止すると共に、十分な耐圧を実現することが可能な横型接合型電界効果トランジスタを提供することである。
この発明に従った横型接合型電界効果トランジスタ(横型ＪＦＥＴ）は、半導体基板と、バッファ層と、チャネル層と、ソース領域、ドレイン領域、ゲート領域およびバリア領域を備える。バッファ層は、半導体基板の主表面上に位置し、第１導電型不純物を含む。チャネル層は、バッファ層上に位置し、バッファ層における第１導電型不純物の濃度より高い濃度の第２導電型不純物を含む。ソース領域およびドレイン領域は、チャネル層の表面層において互いに間隔を隔てて形成され、第２導電型不純物を含む。ゲート領域は、チャネル層の表面層においてソース領域およびドレイン領域の間に位置し、第１導電型不純物を含む。バリア領域は、チャネル層とバッファ層との境界領域において、ゲート領域の下に位置する領域、および当該ゲート領域の下からソース領域の下まで延在する領域のいずれか一方に配置され、バッファ層における第１導電型不純物の濃度より高い濃度の第１導電型不純物を含む。
このようにすれば、第１導電型不純物を含むバリア領域と周囲の第２導電型不純物を含む領域（たとえばチャネル層のドレイン領域側の部分）との間で接合部（ｐｎ接合）が形成される。そして、このｐｎ接合におけるバリア領域の第１導電型不純物の濃度は、バッファ層における第１導電型不純物の濃度より高くなっている。このため、当該接合部に高い逆バイアス電圧が印加された場合でも、バリア領域側への空乏層の張り出し長さ（空乏層幅）は、バッファ層とチャネル層とが直接ｐｎ接合を形成した場合より小さくなる。また、バリア領域はゲート領域下またはゲート領域およびソース領域下に形成されているので、空乏層がチャネル領域の下側のバッファ層を横切り、ソース領域からキャリアを引き寄せることができるほど、当該ソース領域の近くにまで延びることを抑制できる。また、空乏層においてキャリアの引き寄せが生じることのないように空乏層の拡大範囲を規制するように、バリア領域の不純物濃度を（たとえば他の領域における不純物濃度との相関関係を考慮しながら）決定することができる。このように、バリア領域でのチャネル領域の底部に沿った空乏層の延びが抑制されるので、バリア領域はキャリアに対してポテンシャル障壁として作用する。したがって、ソース領域からバッファ層にキャリアが注入されることに起因する、ドレイン領域への漏れ電流の発生を防止することができる。
また、上述したバリア領域はドレイン領域の下の領域には形成されていない。そのため、ドレイン領域の下の領域において、当該バリア領域が存在することに起因して空乏層の延びが制限されることはない。このため、当該ドレイン領域の下の領域にバリア領域が存在する場合に起きる耐圧の低下という問題の発生を防止できる。なお、上述したバリア領域は、バッファ層の表面層中に形成されてもよいし、バッファ層上に積層する薄膜層として形成されてもよい。
本発明によれば、漏れ電流の発生を防止すると共に、十分な耐圧を実現することが可能な横型接合型電界効果トランジスタが得られる。
本発明に従った横型接合型電界効果トランジスタの実施の形態１を示す断面模式図である。 図１に示した横型接合型電界効果トランジスタの変形例を示す断面模式図である。 本発明に従った横型接合型電界効果トランジスタの実施の形態２を示す断面模式図である。 図３に示した横型接合型電界効果トランジスタの変形例を示す断面模式図である。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
（実施の形態１）
図１を参照して、本発明に従った横型接合型電界効果トランジスタ(横型ＪＦＥＴ）１０の実施の形態１を説明する。図１に示した横型ＪＦＥＴ１０では、ＳｉＣ基板１の上にｐ-型のバッファ層１１が形成されている。このバッファ層１１の上部表面層（ＳｉＣ基板１側の表面とは反対側の表面層)において、導電型がｐ型であって厚みｄを有するバリア領域１３が形成されている。バリア領域１３は、後述するゲート領域１７下に位置する領域に配置されている。バリア領域１３のｐ型不純物濃度は、バッファ層１１のｐ型不純物濃度よりも高い。バリア領域１３の上に、チャネル領域１４を含み、導電型がｎ型のチャネル層１２が形成されている。また、チャネル領域１４の上に、ｐ+型の（つまり、導電型がｐ型であり、ｐ型不純物濃度がバッファ層１１やバリア領域１３におけるｐ型不純物濃度より高い）ゲート領域１７が配置されている。ゲート領域１７を間に挟むように、ｎ+型領域である（つまり導電型がｎ型であり、ｎ型不純物濃度がチャネル層１２におけるｎ型不純物濃度より高い）ソース領域１５と、ｎ+型のドレイン領域１６とが配置されている。
チャネル層１２の上部表面上には、複数の開口部２１を有するフィールド酸化膜２０が形成されている。複数の開口部２１は、それぞれゲート領域１７、ソース領域１５、およびドレイン領域１６の上に位置するように形成されている。ゲート領域１７上に位置する開口部２１の内部にはオーミック電極２２が形成されている。また、ソース領域１５およびドレイン領域１６のそれぞれの上に位置する開口部２１の内部にもオーミック電極２２が形成されている。ゲート領域１７上において、オーミック電極２２上には金属などの導電体からなるゲートパッド２７が形成されている。また、ソース領域１５上において、オーミック電極２２上には導電体からなるソースパッド２５が形成されている。また、ドレイン領域１６上において、オーミック電極２２上には導電体からなるドレインパッド２６が形成されている。ゲート領域１７上のオーミック電極２２とゲートパッド２７とからゲート電極３７が構成される。ソース領域１５上のオーミック電極２２とソースパッド２５とからソース電極３５が構成される。ドレイン領域１６上のオーミック電極２２とドレインパッド２６とからドレイン電極３６が構成される。
ここで、ドレイン領域１６近傍のチャネル層１２とｐｎ接合を形成するバリア領域１３の不純物濃度は、バッファ層１１の不純物濃度より高い。このため、空乏層１９のバリア領域１３への延び出し幅は、従来のバッファ層１１への延び出し幅より小さくなる。たとえば、バリア領域１３の不純物濃度をバッファ層１１の不純物濃度のα倍とすると、バリア領域１３内におけるチャネル領域に沿った（ソース領域に向って延びる）空乏層１９の長さを、バッファ層内における空乏層の長さの１／（α1/2）倍とすることができる。このため、キャリアが、ソース領域１５から上記空乏層１９の先端部を経てドレイン領域１６に引き寄せられることが抑制される。つまり、ドレイン領域１６に高電圧を印加したとき、バリア領域１３でのチャネル領域１４に沿った空乏層１９の延びが抑制されるため、上記バリア領域１３はキャリアに対してポテンシャル障壁になる。したがって、たとえば、当該横型ＪＦＥＴ１０をオフ状態とするためにドレイン領域１６に高電圧を印加した場合でも、短いチャネル長とした上で漏れ電流を抑制することができる。この結果、チャネル抵抗を低減し、したがってオン抵抗を低減することができる。また、最上部以外のバッファ層１１の不純物濃度を高くしないため、バッファ層１１の縦方向の耐圧を低下させることがない。
さらに、上述したバリア領域１３はドレイン領域１６の下の領域には形成されていない。そのため、ドレイン領域１６の下の領域において、当該バリア領域１３が存在することに起因して空乏層１９の延びが制限されることはない。そのため、当該ドレイン領域１６の下の領域にバリア領域１３が存在する場合に起きる、空乏層の延びが不十分となることによる耐圧の低下という問題の発生を防止できる。
上記横型ＪＦＥＴ１０において、バリア領域１３は、ゲート領域１７と平面的に重なるとともにゲート領域１７の外周端より外側に延在するように配置されている。バリア領域１３のチャネル層１２側における表面に沿った方向での、バリア領域１３の外周端とゲート領域１７の外周端との間の距離Ｔ２は、ゲート領域１７の下に位置する領域におけるチャネル層１２の厚みＴ１以上（すなわち、ゲート領域１７の底部とバリア領域１３の上部表面との間の距離以上）となっていることが好ましい。ここで、チャネル層１２の厚みとは、バッファ層１１とチャネル層１２との積層方向に沿った方向におけるチャネル層１２の厚みであり、異なる観点から言えばゲート領域１７のバッファ層側底壁から、当該ゲート領域１７下に位置するバリア領域１３の表面までの距離に該当する。
この場合、バリア領域１３がゲート領域１７下の領域に十分広がった状態で形成されているので、ゲート領域１７下側での空乏層１９の拡大を規制することにより、ドレイン領域１６への漏れ電流の発生をより確実に防止することができる。
バリア領域１３の厚みｄは、トンネル効果を生じない厚み範囲とする、すなわちチャネル層１２との間でキャリアのトンネル効果が生じる厚みより厚くすることが望ましい。トンネル効果を生じるほどバリア領域１３の厚みｄが薄い場合、バッファ層１１内の空乏層はほとんど影響されず、バリア領域１３による空乏層１９の拡大抑制という効果は期待できない。すなわち、たとえばバリア領域１３の厚みｄが０．０１μｍより小さいとトンネル効果を生じ、空乏層１９の拡大は抑制されない。しかし、たとえば、バリア領域１３の厚みｄを０．２μｍよりも大きくすると、空乏層の拡大を抑制することができるが、耐圧が劣化する。したがって、バリア領域１３の厚みｄは、トンネル効果がなく、かつ耐圧が劣化しない、０．０１μｍと０．１μｍとの間とするのが望ましい。
また、バリア領域１３の第１導電型不純物であるｐ型不純物の濃度を、チャネル層１２のｎ型不純物濃度より高くすると、バリア領域１３とチャネル層１２との接合部（ｐｎ接合）に電界集中を生じる。ここで、バリア領域１３の不純物濃度値がチャネル層１２と同程度以下の場合、空乏層がバッファ層１１にいたるまで広がり、ｐｎ接合の電界強度は抑制される。一方、バリア領域１３の不純物濃度値がチャネル層１２より高い場合、空乏層はバリア領域１３内に止まり、バッファ層１１にまで拡大しない。このため、ｐｎ接合に電界集中が生じる。このような電界集中は耐圧性能の劣化をもたらすので、バリア領域１３の第１導電型不純物であるｐ型不純物の濃度は、チャネル層１２のｎ型不純物濃度の同程度以下とすることが望ましい。
次に、図１に示した横型ＪＦＥＴ１０の製造方法を説明する。この発明に従った横型ＪＦＥＴ１０の製造方法では、以下の工程を実施する。まず、半導体基板としてのＳｉＣ基板１を準備する（Ｓ１０）。たとえば、ＳｉＣ基板１として４Ｈ−ＳｉＣのｎ型基板を準備する。次に、ＳｉＣ基板１の主表面上に位置する第１導電型不純物としてのｐ型不純物を含むＳｉＣ層からなるバッファ層１１を形成する（Ｓ２０）。バッファ層１１の厚みはたとえば１０μｍとし、成膜方法としてはエピタキシャル成長法を用いることができる。ここで、ｐ型不純物としてはアルミニウム（Ａｌ）を用いた。バッファ層１１におけるｐ型不純物の濃度はたとえば１．０×１０16ｃｍ-3とする。
次に、バッファ層１１の表面層の一部において、バッファ層１１における第１導電型（ｐ型）不純物の濃度より高い濃度のｐ型不純物を含むバリア領域１３を形成する（Ｓ３０）。具体的には、バッファ層１１の表面上にフォトリソグラフィ法を用いてパターンを有するレジスト膜を形成し、当該レジスト膜をマスクとして用いてアルミニウム（Ａｌ）をイオン注入法によりバッファ層１１の表面層の一部に注入する。このようにして、導電型がｐ型のバリア領域１３を形成する。Ａｌの注入深さ（つまりバリア領域１３の厚みｄ）をたとえば０．１μｍとし、当該バリア領域１３におけるｐ型不純物の濃度を１．０×１０17ｃｍ-3とする。
次に、バリア領域１３が形成されたバッファ層１１上に位置し、バッファ層１１におけるｐ型不純物の濃度より高い濃度の第２導電型（ｎ型）不純物を含むチャネル層１２を形成する（Ｓ４０）。ここで、ｎ型不純物として窒素（Ｎ）を用いた。チャネル層１２の厚みはたとえば０．６５μｍとすることができる。また、チャネル層１２におけるｎ型の導電性不純物の濃度は２．０×１０17ｃｍ-3とすることができる。チャネル層１２の表面層において、第１導電型（ｐ型）不純物を含むゲート領域１７を形成する（Ｓ５０）。具体的には、フォトリソグラフィ法を用いてパターンを有するレジスト膜を形成する。当該レジスト膜をマスクとして用いることによりチャネル層１２の表面層にイオン注入法を用いてアルミニウム（Ａｌ）を注入する。このようにして、導電型がｐ型のゲート領域１７を形成する。ゲート領域１７の深さはたとえば０．４μｍとすることができる。また、ゲート領域１７におけるｐ型不純物の濃度はたとえば１．０×１０19ｃｍ-3とすることができる。
次に、チャネル層１２の表面層において、ゲート領域１７を挟んで対向するように、第２導電型（ｎ型）不純物を含むソース領域１５およびドレイン領域１６を形成する（Ｓ６０）。具体的には、上述したゲート領域１７を形成する工程と同様に、チャネル層１２の表面層にイオン注入法を用いてリン（Ｐ）を注入することにより、導電型がｎ型のソース領域１５およびドレイン領域１６を形成する。ソース領域１５およびドレイン領域１６の深さはたとえば０．４μｍとすることができる。ソース領域１５およびドレイン領域１６におけるｎ型不純物の濃度はたとえば５．０×１０19ｃｍ-3とすることができる。上記バリア領域１３を形成する工程（Ｓ３０）では、ゲート領域１７の下に位置するべき領域、およびゲート領域１７およびソース領域１５の下に位置するべき領域のいずれか一方において、バリア領域１３が形成される。
次に、上述したゲート領域１７、ソース領域１５およびドレイン領域１６に注入したイオンを活性化するための活性化アニールを行なう（Ｓ７０）。活性化アニール工程の条件としては、たとえば雰囲気としてアルゴンガスを用い、加熱温度を１７００℃、加熱時間を３０分とすることができる。なお、アニール時の雰囲気圧力はたとえば１００ｋＰａとすることができる。次に、フィールド酸化膜２０を形成する（Ｓ８０）。具体的には、上述した処理を行なったＳｉＣ基板１を酸素雰囲気中で加熱することにより、チャネル層１２の表面を熱酸化してフィールド酸化膜２０を形成する。加熱条件としては、たとえば加熱温度を１３００℃、加熱時間を６０分とすることができる。なお、加熱時の雰囲気圧力はたとえば大気圧とすることができる。この結果、厚みが０．１μｍのフィールド酸化膜２０が形成される。
次に、フィールド酸化膜２０の所定領域に開口部２１を形成する（Ｓ９０）。具体的には、フィールド酸化膜２０上にフォトリソグラフィ法を用いて所定のパターンを有するレジスト膜を形成する。このレジスト膜には、開口部２１（図１参照）が形成されるべき領域に開口パターンが形成されている。このレジスト膜をマスクとして用いて、エッチングを行なうことによりフィールド酸化膜２０を部分的に除去する。このようにして開口部２１を形成する。
次に、開口部２１の内部にオーミック電極２２を形成する（Ｓ１００）。具体的には、開口部２１の内部およびレジスト膜の上部表面上にオーミック電極２２を構成する導電体膜（たとえばニッケル（Ｎｉ）膜）を蒸着法を用いて形成する。その後、レジスト膜を除去することにより、当該レジスト膜上に形成されたＮｉ膜の部分も除去する（リフトオフ）。そして、Ｎｉ膜が形成されたＳｉＣ基板をアルゴン雰囲気中で熱処理することにより、Ｎｉ膜をオーミック電極２２とする。この熱処理の条件としては、たとえば加熱温度を９５０℃とし、加熱時間を２分とすることができる。また、アルゴン雰囲気の圧力は大気圧とすることができる。
次に、ソースパッド２５、ドレインパッド２６、ゲートパッド２７を形成する（Ｓ１１０）。具体的には、オーミック電極２２上に、フォトリソグラフィ法を用いてパターンを有するレジスト膜を形成する。当該レジスト膜では、上述したオーミック電極２２を露出させる開口パターンが形成されている。当該レジスト膜の開口パターン内部およびレジスト膜の上部表面上にソースパッド２５、ドレインパッド２６およびゲートパッド２７となるべき導電体膜（たとえばアルミニウム膜）を蒸着する。その後、レジスト膜を除去することによりレジスト膜上に位置する導電体膜の一部を除去する（リフトオフ）。この結果、オーミック電極２２上に位置するソースパッド２５、ドレインパッド２６、ゲートパッド２７を得る。このようにして、図１に示す横型ＪＦＥＴを得ることができる。
次に、図２を参照して、図１に示した横型ＪＦＥＴ１０の変形例を説明する。図２に示した横型ＪＦＥＴ１０は、基本的には図１に示した横型ＪＦＥＴ１０と同様の構造を備えるが、バリア領域１３の形成されている領域が異なっている。具体的には、図２に示した横型ＪＦＥＴ１０では、ゲート領域１７下の領域からソース領域１５下の領域にまで延在するようにバリア領域１３が形成されている。このような構成であっても、図１に示した横型ＪＦＥＴ１０と同様の効果を得ることができる。さらに、バリア領域１３がソース領域１５下にまで延在しているので、バリア領域１３を通過することなくソース領域１５からバッファ層１１を経てドレイン領域１６に至る経路が存在しないため、漏れ電流の発生をより確実に防止することができる。
図２に示した横型ＪＦＥＴ１０の製造方法は、基本的に図１に示した横型ＪＦＥＴ１０の製造方法と同様であるが、上述したバリア領域１３を形成する工程（Ｓ３０）において、イオン注入法を行なうためのレジスト膜のパターン形状が異なる。具体的には、図１に示した横型ＪＦＥＴ１０の製造方法における上記工程（Ｓ３０）でのレジスト膜では、図１に示したバリア領域１３が形成されるべき領域（ゲート領域１７の下に位置するべき領域のみ）に開口パターンが形成される。一方、図２に示した横型ＪＦＥＴ１０の製造方法における上記工程（Ｓ３０）では、レジスト膜のパターンとしてゲート領域１７の下からソース領域１５の下に位置する領域にまで延びるように開口パターンが形成される。この結果、当該レジスト膜をマスクとして用いて導電型がｐ型の不純物（たとえばＡｌ）を注入することにより、図２に示したバリア領域１３を形成することができる。なお、他の製造工程は図１に示した横型ＪＦＥＴ１０の製造方法における各工程と同様である。このようにすれば、図２に示した横型ＪＦＥＴ１０を容易に得ることができる。
（実施の形態２）
図３を参照して、本発明に従った横型接合型電界効果トランジスタ(横型ＪＦＥＴ）４０の実施の形態２を説明する。図３に示した横型ＪＦＥＴ４０は、いわゆる横型のＲＥＳＵＲＦ‐ＪＦＥＴ（ＲＥｄｕｃｅｄ ＳＵＲｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であって、基本的な構成は図１に示した横型ＪＦＥＴ１０と同様であるが、チャネル層１２の表面層においてソース領域１５、ドレイン領域１６およびゲート領域１７の間に導電型がｐ型のＲＥＳＵＲＦ層４１が形成されている点が図１に示した横型ＪＦＥＴ１０と異なっている。ＲＥＳＵＲＦ層４１のｐ型導電性不純物の濃度は、バッファ層１１における導電性不純物濃度より高くなっている。また、ＲＥＳＵＲＦ層４１のｐ型導電性不純物の濃度は、バリア領域１３における導電性不純物濃度より高くなっていることが好ましい。このようにすれば、ゲート領域１７とドレイン領域１６との間の領域において、空乏層がＲＥＳＵＲＦ層４１側から上下方向に伸展するので、当該領域での電界分布が、ちょうど平行平板型のコンデンサに近い等電界と電界分布となる。このため、ＲＥＳＵＲＦ層４１を形成しないＪＦＥＴに比べて耐圧を保持したままオン抵抗を低減することが可能になる。そして、当該ＲＥＳＵＲＦ層４１を備える横型ＪＦＥＴ４０においても、図１に示した横型ＪＦＥＴ１０と同様にバリア領域１３が形成されているので、図１に示した横型ＪＦＥＴ１０と同様の効果を得ることができる。
次に、図３に示した横型ＪＦＥＴ４０の製造方法を説明する。図３に示した横型ＪＦＥＴ４０の製造方法は、基本的には図１に示した横型ＪＦＥＴ１０の製造方法と同様であるが、ＲＥＳＵＲＦ層４１を形成する工程が追加される点が図１に示した横型ＪＦＥＴ１０の製造方法と異なっている。具体的には、図１に示した横型ＪＦＥＴ１０の製造方法における工程（Ｓ１０）〜工程（Ｓ３０）までを実施する。その後、上述した工程（Ｓ４０）と同様に、バリア領域１３が形成されたバッファ層１１上に位置し、バッファ層１１におけるｐ型不純物の濃度より高い濃度の第２導電型（ｎ型）不純物を含むチャネル層１２を形成する。ただし、ここで形成するチャネル層１２の厚みはたとえば０．４μｍとする。チャネル層１２におけるｎ型の導電性不純物の濃度は２．０×１０17ｃｍ-3とすることができる。
その後、チャネル層１２上にＲＥＳＵＲＦ層４１を形成する（Ｓ４５）。ＲＥＳＵＲＦ層４１は、バッファ層１１におけるｐ型不純物の濃度より高い濃度の第１導電型（ｐ型）不純物を含む。ＲＥＳＵＲＦ層４１の厚みはたとえば０．２５μｍとすることができ、また、ＲＥＳＵＲＦ層４１におけるｐ型の導電性不純物の濃度は２．０×１０17ｃｍ-3とすることができる。
その後、図１に示した横型ＪＦＥＴ１０の製造方法と同様に、上述した工程（Ｓ５０）〜（Ｓ１１０）を実施することにより、図３に示した横型ＪＦＥＴ４０を得ることができる。なお、図３に示した横型ＪＦＥＴ４０の製造工程においては、上記工程（Ｓ５０）および工程（Ｓ６０）に対応する工程を実施するとき、ゲート領域１７、ソース領域１５およびドレイン領域１６がＲＥＳＵＲＦ層４１を貫通してチャネル層１２にまで到達するように、各領域を形成する。
次に、図４を参照して、図３に示した横型ＪＦＥＴ４０の変形例を説明する。図２に示した横型ＪＦＥＴ４０は、基本的には図３に示した横型ＪＦＥＴ４０と同様の構造を備えるが、バリア領域１３の形成されている領域が異なっている。具体的には、図４に示した横型ＪＦＥＴ１０では、図２に示した横型ＪＦＥＴ１０と同様に、ゲート領域１７下の領域からソース領域１５下の領域にまで延在するようにバリア領域１３が形成されている。このような構成であっても、図３に示した横型ＪＦＥＴ１０と同様の効果を得ることができ、さらに図２に示した横型ＪＦＥＴ１０と同様の効果を得ることができる。
図４に示した横型ＪＦＥＴ４０の製造方法は、基本的に図３に示した横型ＪＦＥＴ４０の製造方法と同様であるが、上述したバリア領域１３を形成する工程（Ｓ３０）において、イオン注入法を行なうためのレジスト膜のパターン形状が異なる。具体的には、図３に示した横型ＪＦＥＴ４０の製造方法における上記工程（Ｓ３０）でのレジスト膜では、図３に示したバリア領域１３が形成されるべき領域（ゲート領域１７の下に位置するべき領域のみ）に開口パターンが形成される。一方、図４に示した横型ＪＦＥＴ４０の製造方法における上記工程（Ｓ３０）では、レジスト膜のパターンとしてゲート領域１７の下からソース領域１５の下に位置する領域にまで延びるように開口パターンが形成される。この結果、当該レジスト膜をマスクとして用いて導電型がｐ型の不純物（たとえばＡｌ）を注入することにより、図４に示したバリア領域１３を形成することができる。なお、他の製造工程は図３に示した横型ＪＦＥＴ４０の製造方法における各工程と同様である。このようにすれば、図４に示した横型ＪＦＥＴ１０を容易に得ることができる。
ここで、上述した実施の形態と一部重複する部分もあるが、本発明の特徴的な構成を列挙する。
この発明に従った横型ＪＦＥＴ１０、４０は、半導体基板としてのＳｉＣ基板１と、バッファ層１１と、チャネル層１２と、ソース領域１５、ドレイン領域１６、ゲート領域１７およびバリア領域１３を備える。バッファ層１１は、ＳｉＣ基板１の主表面上に位置し、第１導電型（ｐ型）不純物を含む。チャネル層１２は、バッファ層１１上に位置し、バッファ層１１におけるｐ型不純物の濃度より高い濃度の第２導電型（ｎ型）不純物を含む。ソース領域１５およびドレイン領域１６は、チャネル層１２の表面層において互いに間隔を隔てて形成され、第２導電型（ｎ型）不純物を含む。ゲート領域１７は、チャネル層１２の表面層においてソース領域１５およびドレイン領域１６の間に位置し、第１導電型（ｐ型）不純物を含む。バリア領域１３は、チャネル層１２とバッファ層１１との境界領域において、ゲート領域１７の下に位置する領域、および当該ゲート領域１７の下からソース領域１５の下まで延在する領域のいずれか一方に配置され、バッファ層１１におけるｐ型不純物の濃度より高い濃度のｐ型不純物を含む。
このようにすれば、ｐ型不純物を含むバリア領域１３と周囲のｎ型不純物を含む領域（たとえばチャネル層１２のドレイン領域１６側の部分）との間で接合部（ｐｎ接合）が形成される。そして、このｐｎ接合におけるバリア領域１３側のｐ型不純物の濃度は、バッファ層１１におけるｐ型不純物の濃度より高くなっている。このため、当該接合部に高い逆バイアス電圧が印加された場合でも、バリア領域１３側への空乏層の張り出し長さ（空乏層幅）は、バッファ層１１とチャネル層１２とが直接ｐｎ接合を形成した場合（つまりバリア領域１３がない場合）より小さくなる。また、バリア領域１３はゲート領域１７下またはゲート領域１７下からソース領域１５下まで延在するように形成されているので、空乏層１９がチャネル領域１４の下側のバッファ層１１を横切り、ソース領域１５からキャリアを引き寄せることができるほど、当該ソース領域１５の近くにまで延びることを抑制できる。また、空乏層１９においてキャリアの引き寄せが生じることのないように空乏層１９の拡大範囲を規制するように、バリア領域１３の不純物濃度を（たとえば他の領域における不純物濃度との相関関係を考慮しながら）決定することができる。このように、バリア領域１３でのチャネル領域１４の底部に沿った空乏層１９の延びが抑制されるので、バリア領域１３はキャリアに対してポテンシャル障壁として作用する。したがって、ソース領域１５からバッファ層１１にキャリアが注入されることに起因する、ドレイン領域１６への漏れ電流の発生を防止することができる。
また、上述したバリア領域１３はドレイン領域１６の下の領域には形成されていない。そのため、ドレイン領域１６の下の領域において、当該バリア領域１３が存在することに起因して空乏層１９の延びが制限されることはない。したがって、当該ドレイン領域１６の下の領域にバリア領域１３が存在する場合に起きる耐圧の低下という問題の発生を防止できる。なお、上述したバリア領域１３は、バッファ層１１の表面層中に形成されてもよいし、バッファ層１１上に積層する薄膜層として形成されてもよい。
上記横型ＪＦＥＴ１０、４０において、バリア領域１３は、ゲート領域１７と平面的に重なるとともにゲート領域１７の外周端より外側に延在するように配置されてもよく、バリア領域１３のチャネル層１２側における表面に沿った方向での、バリア領域１３の外周端とゲート領域１７の外周端との間の距離Ｔ２は、ゲート領域１７の下に位置する領域におけるチャネル層１２の厚みＴ１以上であってもよい。ここで、チャネル層１２の厚みＴ１とは、バッファ層１１とチャネル層１２との積層方向に沿った方向におけるチャネル層１２の厚みであり、異なる観点から言えばゲート領域１７のバッファ層側底壁から、当該ゲート領域１７下に位置するバリア領域１３の表面までの距離に該当する。
この場合、バリア領域１３がゲート領域１７下の領域に十分広がった状態で形成されているので、ゲート領域１７下側での空乏層１９の拡大を規制することにより、ドレイン領域１６への漏れ電流の発生をより確実に防止することができる。なお、バリア領域１３の外周端とゲート領域１７の外周端との間の距離Ｔ２の下限をゲート領域１７下のチャネル層１２の厚みＴ１としたのは、トランジスタをオフさせるためには、チャネル層１２での空乏層はチャネル層１２とゲート領域１７とのｐｎ接合から少なくともチャネル層１２の厚みＴ１以上広がる必要がある、という理由による。
上記横型ＪＦＥＴ１０、４０において、バリア領域１３の厚みｄは、チャネル層１２との間でキャリアのトンネル効果が生じる厚みより厚くすることが好ましい。ここで、バリア領域１３の厚みとは、バッファ層１１とチャネル層１２との積層方向に沿った方向におけるバリア領域１３の厚みである。この場合、トンネル効果の発現を防止できるので、バリア領域１３においてトンネル効果により漏れ電流の抑制効果が発揮されないといった問題の発生を防止することができる。
つまり、トンネル効果が生じるほどバリア領域１３の厚みが薄い場合、バッファ層１１内部の空乏層はほとんど影響されず、バリア領域１３による空乏層の拡大抑制という効果はほとんど期待できない。つまり、バリア領域１３の厚みが薄くトンネル効果が生じる場合には、空乏層１９の拡大はバリア領域１３の存在によりほとんど抑制されない。また、バリア領域１３の厚みが厚いと、耐圧が劣化してしまう。なお、上述した実施の形態におけるバリア領域１３の厚みｄは、たとえば０．１μｍとすることができる。そして、このバリア領域１３の厚みｄは、トンネル効果が無く、かつ耐圧が劣化しないようにするため、０．０１μｍ以上０．２μｍ未満、より好ましくは０．０１μｍ以上０．１μｍ以下とすることが好ましい。
上記横型ＪＦＥＴ１０、４０において、バリア領域１３における第１導電型（ｐ型）不純物の濃度は、チャネル層１２における第２導電型（ｎ型）不純物の濃度以下であってもよい。この場合、チャネル層１２とバリア領域１３との境界部におけるｐｎ接合にて形成される空乏層の幅を狭くせず、バリア領域１３側に比較的大きく空乏層が延びるようにすることができる。この結果、空乏層１９が広がらないことに起因する電界集中が防止されるので、結果的に耐圧の低下を抑制できる。
この発明に従った横型ＪＦＥＴ１０、４０の製造方法では、以下の工程を実施する。まず、半導体基板としてのＳｉＣ基板１を準備する（Ｓ１０）。次に、ＳｉＣ基板１の主表面上に位置する第１導電型（ｐ型）不純物を含むバッファ層１１を形成する（Ｓ２０）。バッファ層１１の表面層の一部またはバッファ層１１の表面上において、バッファ層１１におけるｐ型不純物の濃度より高い濃度の第１導電型（ｐ型）不純物を含むバリア領域１３を形成する（Ｓ３０）。バッファ層１１上に位置し、バッファ層１１におけるｐ型不純物の濃度より高い濃度の第２導電型（ｎ型）不純物を含むチャネル層１２を形成する（Ｓ４０）。チャネル層１２の表面層において、ｐ型不純物を含むゲート領域１７を形成する（Ｓ５０）。チャネル層１２の表面層において、ゲート領域１７を挟んで対向するように、ｎ型不純物を含むソース領域１５およびドレイン領域１６を形成する（Ｓ６０）。バリア領域１３を形成する工程（Ｓ３０）では、ゲート領域１７の下に位置するべき領域、およびゲート領域の下からソース領域の下まで延在するべき領域のいずれか一方において、バリア領域１３が形成される。このようにすれば、プラスの高電圧をドレイン領域１６に印加しても、ソース領域１５からキャリアを引き寄せるほど空乏層１９がバッファ層１１中に延びることを抑制できるとともに、十分な耐圧を備える横型ＪＦＥＴ１０、４０を得ることができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明による横型ＪＦＥＴは、特にパワースイッチングデバイスなどパワーエレクトロニクス機器に有利に適用される。
１ ＳｉＣ基板、１０，４０ 横型ＪＦＥＴ、１１ バッファ層、１２ チャネル層、１３ バリア領域、１４ チャネル領域、１５ ソース領域、１６ ドレイン領域、１７ ゲート領域、１９ 空乏層、２０ フィールド酸化膜、２１ 開口部、２２ オーミック電極、２５ ソースパッド、２６ ドレインパッド、２７ ゲートパッド、３５ ソース電極、３６ ドレイン電極、３７ ゲート電極、４１ ＲＥＳＵＲＦ層。

Claims (4)

  1. 半導体基板と、
    前記半導体基板の主表面上に位置する第１導電型不純物を含むバッファ層と、
    前記バッファ層上に位置し、前記バッファ層における前記第１導電型不純物の濃度より高い濃度の第２導電型不純物を含むチャネル層と、
    前記チャネル層の表面層において互いに間隔を隔てて形成され、第２導電型不純物を含むソース領域およびドレイン領域と、
    前記チャネル層の表面層において前記ソース領域および前記ドレイン領域の間に位置し、第１導電型不純物を含むゲート領域と、
    前記チャネル層と前記バッファ層との境界領域において、前記ゲート領域の下に位置する領域、および前記ゲート領域の下から前記ソース領域の下まで延在する領域のいずれか一方に配置され、前記バッファ層における前記第１導電型不純物の濃度より高い濃度の第１導電型不純物を含むバリア領域とを備える、横型接合型電界効果トランジスタ。
  2. 前記バリア領域は、前記ゲート領域と平面的に重なるとともに前記ゲート領域の外周端より外側に延在するように配置され、
    前記バリア領域の前記チャネル層側における表面に沿った方向での、前記バリア領域の外周端と前記ゲート領域の外周端との間の距離は、前記ゲート領域の下に位置する領域における前記チャネル層の厚み以上である、請求項１に記載の横型接合型電界効果トランジスタ。
  3. 前記バリア領域の厚みは、前記チャネル層との間でキャリアのトンネル効果が生じる厚みより厚い、請求項１または２に記載の横型接合型電界効果トランジスタ。
  4. 前記バリア領域における前記第１導電型不純物の濃度は、前記チャネル層における前記第２導電型不純物の濃度以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の横型接合型電界効果トランジスタ。
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